04第4章磁与电磁感应解析Word文档格式.docx
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同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。
观察：
同名磁极,异名磁极的相互作用.进一步加深感性认识.
提问三：
磁体之间的相互作用是怎样发生的？
磁体之间的相互作用是同过磁场发生的。
提问四：
只有磁铁可以产生磁场吗？
电流也可以产生磁场。
明确概念：
磁极之间的作用力是通过磁极周围的磁场传递的。
在磁力作用的空间，有一种特殊的物质叫磁场。
学生讨论：
电荷之间的相互作用是通过电场；
磁体之间的相互作用是通过磁场。
电场和磁场一样都是一种物质。
2、磁感线
设问：
电场分布可以用电力线来描述，那么磁场如何描述呢？
观察:
如图1条形磁铁周围小磁针静止时N极所指的方向是不同的.
说明:
磁场中各点有不同的磁场方向.
设问:
磁场中各点的磁场方向如何判定呢?
将一个小磁针放在磁场中某一点,小磁针静止时,北极N所指的方向,就是该点的磁场方向.
如何形象地描写磁场中各点的磁场方向?
正像电场中可以利用电力线来形象地描写各点的电场方向一样,在磁场中可以利用磁感线来形象地描写各点的磁场方向.
磁感线:
是在磁场中画出一些有方向的曲线,在这些曲线上,每点的曲线方向,亦即该点的切线方向都有跟该点的磁场方向相同.
磁感线的特性：
（1）磁场的强弱可用磁感线的疏密表示，磁感线密的地方磁场强；
疏的地方磁场弱。
（2）在磁铁外部，磁感线从N极到S极；
在磁铁内部，磁感线从S极到N极。
磁感线是闭合曲线。
（3）磁感线不相交。
二、电流的磁效应
通电导体的周围存在磁场，这种现象叫电流的磁效应。
磁场方向决定于电流方向，可以用右手螺旋定则来判断。
1、通电长直导线的磁场方向
右手螺旋法则：
右手握住导线并把拇指伸开，用拇指指向电流方向，那么四指环绕的方向就是磁场方向（磁感线方向），如图3所示。
2、通电螺线管的磁场方向
右手握住螺线管并把拇指伸开，弯曲的四指指向电流方向，拇指所指方向就是磁场北极（N）的方向，如图4所示。
三、磁感应强度和磁通
观察实验：
（如图5所示）
（1）实验表明通电直导线垂直放置在确定的磁场中受到的磁场力F跟通过的电流强度I和导线长度L成正比，或者说跟I·
L的乘积成正比。
这就是说无论怎样改变电流强度I和导线长度L，乘积IL增大多少倍，则F也增大多少倍。
比值F/IL是恒量。
（2）如果改变在磁场中的位置，垂直磁场放置的通电导线F/IL比值又会是新的恒量。
表明：
F/IL反映了磁场的特性。
正如电场特性用电场强度来描述一样，磁场特性用一个新的物理量——磁感应强度来描述。
1、磁感应强度
（1）定义：
在磁场中垂直于此磁场方向的通电导线，所受到的磁场力F跟电流强度I和导线长度L的乘积IL的比值，叫做通电导线所在处的磁感应强度，用B表示。
（2）计算公式：
（磁感应强度定义式）（式4-1）
（3）矢量：
B的方向与磁场方向相同，即与小磁针N极受力方向相同。
（4）单位：
特斯拉（T）。
匀强磁场：
如果磁场中各点的磁感应强度B的大小和方向完全相同，那么这种磁场叫做匀强磁场。
其磁感线平行且等距。
2、磁通（Φ）
在后面的电学学习中，我们要讨论穿过某一个面的磁场情况。
我们知道，磁场的强弱（即磁感应强度）可以用磁感线的疏密来表示。
如果一个面积为S的面垂直一个磁感应强度为B的匀强磁场放置，则穿过这个面的磁感线的条数就是确定的。
我们把B与S的乘积叫做穿过这个面的磁通量。
（1）定义：
磁感应强度B和其垂直的某一截面积S的乘积，叫做穿过该面积的磁通量，用Φ表示。
（2）计算公式：
（磁通定义式）（式4-2）
（3）单位：
韦伯（Wb）1Wb=1T·
m2
注意：
由式4-2可得
，这说明在匀强磁场中，磁感应强度就是与磁场垂直的单位面积上的磁通。
所以，磁感应强度又叫做磁通密度（简称磁密）。
III.例题讲解，巩固练习
略。
（见教材§
4-1例题1，例题2）
IV.小结
（1）磁感应强度既反映了磁场的强弱又反映了磁场的方向，它和磁通量都是描述磁场性质的物理量，应注意定义中所规定的条件，对其单位也应加强记忆。
（2）磁通量的计算很简单，只要知道匀强磁场的磁感应强度B和所讨论面的面积S，在面与磁场方向垂直的条件下Φ=B·
S（不垂直可将面积做垂直磁场方向上的投影。
）磁通量是表示穿过讨论面的磁感线条数的多少。
在今后的应用中往往根据穿过面的净磁感线条数的多少定性判断穿过该面的磁通量的大小。
V.作业
4.2磁场强度
1、了解磁导律、磁场强度的概念。
2、了解集中常见载流导体的磁场强度。
1、磁场强度概念的建立。
2、几种常见载流导体的磁场强度计算。
电化教学设备。
讲授法，多媒体课件。
复习4.1节磁感应强度与磁通量的内容。
通电导体周围存在磁场，磁场的方向如何判断？
右手螺旋法则。
（作课堂练习）
提问：
磁感应强度的概念是什么？
如何计算？
方向如何判断？
判断方法同磁场方向判断方法。
一、磁导率
（1）含义：
物质导磁性能的强弱用磁导率
表示。
的单位是亨[利]每米，符号为H/m。
`
（2）意义：
在相同条件下，
值越大，磁感应强度B越大，磁场越强；
值越小，磁感应强度B越小，磁场越弱。
（3）相对磁导率
真空中的磁导率是一个常数，
，为了便于对各种物质的导磁性能进行比较，以真空中的磁导率
为基准，将其它物质的磁导率
和
比较，其比值叫相对磁导率，用
表示，即：
（4）分类：
根据相对磁导率
的大小，可将物质分为三类：
表1
分类
作用
举例
顺磁物质
略大于1
对磁场影响不大。
空气、氧、锡、铝、铅等
反磁物质
＜1
在磁场中放置反磁物质，磁感应器强度B减小。
氢、铜、石墨、银、锌等
铁磁物质
＞＞1
在磁场中放置铁磁物质，可使磁感应器强度B增加几千甚至几万倍。
铁、钢、铸铁、镍、钴等
（二）磁场强度
1、定义：
磁场中某点的磁场强度等于该点磁感应强度与介质磁导率
的比值，用字母H表示。
2、计算公式：
3、矢量：
方向与该点磁感应强度的方向相同。
三、几种常见载流导体的磁场强度
1、载流长直导线
A．计算大小：
在载流长直导线产生的磁场中，有一点P，它与导线的距离为r，如图4-9所示（见教材）。
实验证明该点磁场强度的大小与导线中的电流成正比，与r成反比，即
（式4-4）
B．方向判断：
2、载流螺线管
如果螺线管的匝数为N，长度为L，通电电流为I，如图4-10所示（见教材）。
理论和实验证明，其内部磁场强度为：
（式4-5）
4-2例题1，例题2）
注意：
在本章学习中，新接触的概念、定义、单位较多，在进行计算时注意公式的正确使用，单位代入要使用国际标准单位。
（1）根据物质磁导率的不同，可以将物质分为顺磁物质、反磁物质、铁磁物质三类。
复习表1。
（2）磁场强度的概念、数值计算、方向判断。
（3）载流长直导线、载流螺线管所产生磁场强度的计算与方向判断。
4.3磁路的欧姆定律
1、了解磁路及磁路的欧姆定律。
无。
（本节内容了解即可。
Ⅰ.复习提问
一、磁路
磁通所经过的路径叫做磁路。
为了使磁通集中在一定的路径上来获得较强的磁场，常常把铁磁材料制成一定形状的铁心，构成各种电气设备所需的雌鹿，如图1所示为几种常见磁路形式。
利用铁磁材料可以尽可能地将磁通集中在磁路中，与电路相比，漏磁现象比漏电现象严重的多。
全部在磁路内部闭合的磁通叫做主磁通。
部分经过磁路，部分经过磁路周围物质的闭合磁通叫做漏磁通。
为了计算简便，在漏磁不严重的情
况下可将其忽略，只计算主磁通即可。
二、磁路的欧姆定律
如果磁路的平均长度为L，横截面积为S，通电线圈的匝数为N，磁路的平均长度为L，线圈中的电流为I，螺线管内的磁场可看作匀强磁场时，磁路内部磁通为
一般将上式写成欧姆定律得形式，即磁路欧姆定律
（式4-6）
式中Fm——磁通势，单位是安培，符号为A；
Rm——磁阻，单位是
，符号为H-1；
Ф——磁通，单位是韦[伯]，符号为Wb。
其中，
，它与电路中的电动势相似，
，它与电阻定律
相似。
III.小结
表1磁路与电路的比较
磁路
电路
磁通势
电动势E
磁通Ф
电流I
磁阻
电阻
磁导率μ
电阻率ρ
磁路欧姆定律
电路欧姆定律
IV.作业
4.4电磁感应现象
&
4.5电磁感应定律
1、启发学生观察实验现象，从中分析归纳通过磁场产生电流的条件，理解电磁感应现象本质。
2、启发学生观察实验现象从中分析感应电流的方向与磁场方向和导线运动方向有关；
掌握右手定则。
感应电流产生条件的提出。
正确理解感应电流的产生条件。
演示实验：
导线，矩形线圈，蹄形磁铁，条形磁铁，演示用电流表等。
演示实验：
奥斯特实验
提问引导：
（1）这个实验说明了什么？
（2）这个实验架起了一座连通电和磁的桥梁，此后人们对电能生磁已深信不疑，但沿相反方向能否走通呢？
即磁能否生电呢？
引入新课：
我们这节课就来研究这个问题——电磁感应现象
一、电磁感应现象
1、引言：
在磁可否生电这个问题上，英国物理学家法拉第坚信，电与磁决不孤立，有着密切的联系。
为此，他做了许多实验，把导线放在各种磁场中想得到电流需要一定的条件，他以坚韧不拔的意志历时10年，终于找到了这个条件，从而开辟了物理学又一崭新天地。
2、产生感应电流的条件
教材图4－14实验（导体在磁场中运动）
观察提问：
A、研究对象：
由导体AB，电流表构成的闭合回路，
磁场提供：
蹄形磁铁。
B、AB做切割磁感线运动，可见电流表指针偏转，
结论：
像这样利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，用电磁感应的方法产生的电流，叫感应电流。
现象分析：
如图4-14导体不切割磁力线时，电路中没有电流；
而切割磁力线时闭合电路中有电流。
回忆磁通量定义Φ＝BS（师生讨论）对闭合回路而言，所处磁场B未变，仅因为AB的运动使回路在磁场中部分面积变了，使穿过回路的磁通变化，故回路中产生了感应电流。
闭合回路中的一部分道理在磁场中作切割磁感线运动时，回路中有感应电流。
3、电磁感应电流的方向
A．右手定则
重做实验：
如图4-14所示。
1改变导体的运动方向；
现象：
电流计指针的偏转方向不同。
表明：
感应电流的方向与导体切割磁力线运动方向的有关。
2改变磁场方向
感应电流的方向与磁场方向有关。
总结：
感应电流的方向跟导体运动的方向和磁感线的方向都有关系。
它们三者之间满足——右手定则：
伸开右手，使大拇指和四指在同一平面内并且拇指与其余四指垂直，让磁力线从掌心穿入，拇指指向导体运动方向，四指所指的方向是感应电流的方向。
说明：
（1）右手定则的适用范围
（2）在感应电流方向、磁场方向、导体运动方向中已知任意两个的方向可以判断第三个的方向
B．楞次定律
用右手定则判定导体与磁场发生相对运动时产生的感应电流方向较为方便。
如何来判定闭合电路的磁通量发生变化时，产生的感应电流方向呢？
楞次定律指出：
感应电流的方向，总是使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化，它是判断感应电流方向的普遍规律。
如图4-15来验证楞次定律。
1将条形磁铁插入线圈，闭合电路磁通量增加，观察感应电流方向；
2将条形磁铁拔出线圈，闭合电路磁通量减小，观察感应电流方向；
3学生讨论，教师总结分析，验证楞次定律。
总结：
应用楞次定律的步骤，
1明确原有磁场的方向以及穿过闭合电路的磁通是增加还是减少；
2根据楞次定律确定感应电流的磁场方向；
3用右手螺旋定则来确定感应电流的方向。
二、电磁感应定律
1、感应电动势
如果闭合回路中有持续的电流，那么该回路中必定有电动势。
感应电动势：
在电磁感应现象中，由电磁感应产生的电动势叫做感应电动势。
电磁感应现象发生时，在闭合回路作中切割磁力线运动的那部分导体就是一个电源。
明确一下研究感应电动势的重要性：
首先，感应电流的大小是随着电阻的变化而变化的，而感应电动势的大小与电阻无关。
其次，电动势是电源本身的特性，与外电路状态无关。
不论电路是否闭合，只要有电磁感应现象发生，就会产生感应电动势，而感应电流只有当回路闭合时才有，开路时则不能产生。
总结：
由以上分析可知，感应电动势比感应电流更能反映电磁现象的本质。
2、电磁感应定律
法拉第电磁感应定律：
电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。
重复演示实验4-15，学生观察并回答：
将磁铁迅速插入与慢慢插入螺线管时，观察电流计指针偏转角度有何不同？
反映电流大小有何不同？
电动势大小如何？
回答：
迅速插入时，指针偏转大，反映电流大，感应电动势大；
慢慢插入时，指针偏转小，感应电流小，感应电动势小。
迅速插入与慢慢插入，穿过螺线管磁通量变化是否相同？
磁通量比变化（
）相同。
换用强磁铁，迅速插入，观察到指针的偏转如何？
说明什么？
回答：
指针偏转更大，反映电流更大，电动势更大。
以上现象说明感应电动势的大小由什么因素决定？
由磁通量变化量
的大小和变化的时间
决定，既有磁通量的变化率决定。
教师总结分析：
（1）磁通量变化越快，感应电动势越大，在同一电路中，感应电流越大；
反之，越小。
（2）磁通量变化快慢的意义：
a.在磁通量变化
相同时，所用的时间
越少，即变化越快；
反之，则变化越慢。
b.在变化时间一样时，变化量越大，表明磁通变化越大；
c.磁通量变化
的快慢，可用单位时间
内的磁通量的变化，即磁通量的变化率来表示。
可见，感应电动势的大小由磁通量的变化率来决定。
（1）对于单匝线圈
（式4-7）
（2）对于N个线圈，且穿过每匝线圈的磁通相同
（式4-8）
——感应电动势，单位是伏[特]，符号为V。
式中负号反映楞次定律的内容，即感应电流的磁通总是阻碍产生感应电流的磁通的变化，它并不表示算出的感应电动势得值一定小于零。
4-5例题1）
（1）感应电动势的方向应用右手定则、楞次定律判定。
右手定则、楞次定律内容。
（2）感应电动势大小的计算则由电磁感应定律来解决。
法拉第电磁感应定律。
（3）可以把感应电动势看作电源电动势，有关闭合电路相关量的计算在这里都适用。
4.6电感器
1、了解电感线圈、电感的概念。
2、了解电感线圈的参数。
1、空心电感线圈、铁心电感线圈各自的特性（Ψ-I）。
2、电感线圈的参数。
同重点。
复习原来学习的第三章电容器的相关知识，以便作出对比总结。
电容器的概念、参数、种类及特点。
（采用教师提问、学生回答，讨论总结的形式）
在电子技术和电力工程中，常常遇到由导线绕制而成的线圈，如收音机中的高频扼流圈，日光灯电路中的镇流器等等，这些线圈统称为电感线圈，也叫电感器。
电感元件在电子电路中主要与电容组成LC谐振回路，其作用是调谐、选频、振荡、阻流及带通（带阻）滤波等。
如图1所示，为常用电感元件实物图及相应的电路符号。
不论何种电感元件，其电路符号一般都由两部分组成，即代表线圈的部分与代表磁芯和铁芯的部分。
线圈部分分为有抽头和无抽头两种。
线圈中没有磁芯或铁芯时即为空心线圈，则不画代表磁芯或铁芯的符号。
一、电感器的常用分类
最常用到的电感器分类方法是：
根据线圈内有无铁芯，分为空心和铁芯电感线圈。
1、空心电感线圈
A．定义：
绕在非铁磁材料做成的骨架上的线圈，叫做空心电感线圈。
B．Ψ-I特性：
磁链Ψ：
一个N匝的电感线圈通有电流I，在每匝线圈上产生的磁通为
，则线圈的磁链为
磁通
与磁链
都是电流I的函数，都随电流的变化而变化。
理论和实验都可以证明，磁链
与电流I成正比，即
或
（式4-9）
式中I——线圈中的电流，单位是安[培]，符合为A；
Ψ——线圈中的磁链，单位是韦[伯]，符号为Wb；
L——线圈的自感系数，简称自感或电感，单位是亨[利]，符号为H。
实际中常用到的符号还有，毫亨（mH）和微亨（μH）。
小结：
空心线圈的附近只要不存在铁磁材料，其电感是一个常量，该常量与电流的大小无关，只由线圈本身的性质决定，即只决定于线圈截面积的大小，几何形状与匝数的多少。
这种电感称为线性电感。
2、铁芯电感线圈
A．定义：
在空心电感线圈内放置铁磁材料制成的铁芯，叫做铁芯电感线圈。
B．Ψ-I特性：
通过铁芯线圈的电流与磁链不是正比关系，比值
不是常数。
对于一个确定的电感线圈，磁场强度H与所通过的电流I成正比，即H与I一一对应；
磁感应强度B与线圈的磁链Ψ成正比，即B与Ψ一一对应。
可见，Ψ与I的曲线和B与H的曲线形状相同，如图4-20所示。
（图见教材§
4-6）
由图可见，电流为I1时对应的磁链Ф1，其电感为
电流为I2时对应的磁链Ф2，其电感为
.
显然，L1≠L2。
电感的大小随电流的变化而变化，这种电感叫非线性电感。
提示：
有时为了增大电感，常常在线圈中放置铁芯或磁芯，使单位电流所产生的磁链剧增，从而达到增大电感的目的。
二、电感线圈的参数
电感元件是一个储能元件（磁场能），它有两个重要参数，一个是电感，一个是额定电流。
1、电感
电感量L也称自感系数，是用来表示电感元件自感应能力的物理量。
当通过一个线圈的磁通发生变化时，线圈中便会产生电势，这就是电磁感应现象。
电势大小正比于磁通变化的速率和线圈匝数。
自感电动势的方向总是组织电流变化的，犹如线圈具有惯性，这种电磁惯性的大小就用电感量L来表示。
L的基本单位是H（亨[利]），实际用的较多的单位为毫亨（mH）和微亨（μH）。
2、额定电流
通常是指允许长时间通过电感元件的直流电流值。
选用电感元件时，其额定电流值一般要稍大于电流中流过的最大电流。
实际的电感线圈常用导线绕制而成，因此除具有电感外还具有电阻。
由于电感线圈的电阻很小，常可忽略不计，它就成为一种只有电感而没有电阻的理想线圈，即纯电感线圈，简称电感。
（见§
教材4-6例题1）
（1）电感具有反映产生磁场，储存磁场能量的特征。
（2）电感线圈可以分为空心和铁芯电感线圈两大类。
空心电感线圈为线性线圈，其Ψ-I关系呈一次线性关系，如图4-18所示；
铁芯电感线圈为非线性线圈，其Ψ-I关系呈非线性曲线，如图4-20所示。
（3）电感线圈的两个最重要的参数是电感（自感系数）与额定电流。
4.7自感与互感
1、了解自感现象和互感现象及应用。
2、了解互感电动势。
3、了解自感和互感在生产、生活中的应用与危害。
互感现象的产生及应用。
自感现象演示实验：
白炽灯、电源、电感线圈、滑键变阻器、开关及导线若干。
演示法、讲授法，多媒体课件。
1、通过教材课后习题，复习磁场及其基本概念。
2、复习电磁感应定律及感应电动势的公式。
一、自感现象与自感电动势
1、演示实验1：
用图1电路作演示实验。
A1和A2是规格相同的两个白炽灯。
合上开关K，调节滑键变阻器R1，使A1和A2亮
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